天文学家看到遥远的火山爆发,因为黑洞摧毁了恒星


天文学家看到遥远的火山爆发,因为黑洞摧毁了恒星


艺术家关于潮汐破坏事件(TDE)的概念发生在一颗恒星靠近超大质量黑洞时发生,该黑洞通过发射相对论性射流作出反应。

致谢:Sophia Dagnello,NRAO / AUI / NSF

天文学家第一次直接成像了一个快速移动的物质射流的形成和扩张,当一个超大质量黑洞的强大引力撕裂了一颗离太大怪物太近的恒星时。

科学家用无线电和红外望远镜跟踪了这一事件,包括美国国家科学基金会的超长基线阵列(VLBA)和美国宇航局的斯皮策太空望远镜,在一对叫做Arp 299的碰撞星系中。这些星系离地球近1.5亿光年。 。在其中一个星系的核心,一个比太阳重2000万倍的黑洞撕碎了一颗超过太阳质量两倍的恒星,引发了一系列事件,揭示了暴力遭遇的重要细节。研究人员还使用了美国宇航局哈勃太空望远镜在火山喷发出现之前和之后对Arp 299进行的观测。

仅发现了少数此类恒星死亡,称为潮汐破坏事件或TDE。理论家们认为,从注定的恒星中拉出的物质在黑洞周围形成一个旋转的圆盘,发出强烈的X射线和可见光,并且还以近乎光速的速度从圆盘的两极向外发射物质射流。

西班牙格拉纳达安达卢西亚天体物理研究所的米格尔·佩雷斯 - 托雷斯说:“我们以前从未能够直接观察到这些事件之一的喷气机的形成和演变。”他在一篇论文中描述了这一发现。 。

发现喷气机


第一个迹象出现在2005年1月30日,当时天文学家在加那利群岛使用威廉赫歇尔望远镜发现了一个明亮的红外发射爆发,来自Arp 299中一个碰撞星系的核。2005年7月17日,VLBA揭示了来自同一地点的新的,独特的无线电发射源。

“随着时间的推移,新物体在红外线和无线电波长下保持明亮,但在可见光和X射线下却没有,”芬兰图尔库大学的Seppo Mattila说,他是新论文的另一位作者。“最可能的解释是星系中心附近的厚厚的星际气体和尘埃吸收了X射线和可见光,然后将其重新辐射为红外线。”研究人员使用加那利群岛的北欧光学望远镜和美国宇航局的斯皮策跟踪物体的红外发射。


天文学家看到遥远的火山爆发,因为黑洞摧毁了恒星


星系Arp299B的图像,正在经历与Arp299A(左边的星系)的合并过程,由美国宇航局的哈勃太空望远镜拍摄。插图以艺术家对潮汐破坏事件(TDE)的描述为特征,当一颗恒星靠近超大质量黑洞时,它就会发生。最近在Arp299B中心附近观察到TDE。

致谢:Sophia Dagnello,NRAO / AUI / NSF; NASA,STScI

在近十年的时间里,对VLBA,欧洲VLBI网络(EVN)和其他射电望远镜的持续观测表明,无线电发射的来源向一个方向扩展,正如喷气机所预期的那样。测量的膨胀表明射流中的材料平均以光速的四分之一移动。无线电波不被尘埃吸收,而是通过它。

这些观测使用了数千英里隔开的多个射电望远镜天线,以获得检测物体如此遥远的扩展所需的分辨能力或查看精细细节的能力。

怪物的胃口


大多数星系都有超大质量黑洞,其核心含有数百万至数十亿倍的太阳质量。在一个黑洞中,质量是如此集中,以至于它的引力非常强,即使光也不能逃逸。当这些超大质量黑洞积极地从周围环境中吸取材料时,该材料在黑洞周围形成一个旋转盘,并向外发射超快速的粒子射流。这是无线电星系和类星体中出现的现象。


天文学家看到遥远的火山爆发,因为黑洞摧毁了恒星


显示在Arp299B中观察到的TDE组分的图。(不按比例)。银河系中心的超大质量黑洞被高密度介质包围,并嵌入尘土飞扬的圆环中。事件产生的大部分光学和X射线发射被吸收,并且由于极性尘埃的存在而在红外(IR)波长处重新发射。在IR波长检测几个月后,在一组非常灵敏的射电望远镜的帮助下,在无线电波长处探测到TDE。

致谢:Seppo Mattila,MiguelPérez-Torres等人。2018年(科学)

“然而,很多时候,超大质量黑洞并没有积极吞噬任何东西,所以它们处于安静的状态,”佩雷斯 - 托雷斯解释道。“潮汐破坏事件可以为我们提供一个独特的机会,促进我们对这些强大物体附近喷气机的形成和演变的理解。”

“由于吸收任何可见光的尘埃,这种特殊的潮汐破坏事件可能只是迄今为止隐藏人口的冰山一角,”马蒂拉说。“通过使用红外和射电望远镜观察这些事件,我们或许可以发现更多,并从中学习。”

这些事件在遥远的宇宙中可能更为常见,因此研究这些事件可能有助于科学家了解数十亿年前星系发展的环境。

科学家们说,这一发现令人惊讶。最初的红外爆发被发现是一个项目的一部分,该项目旨在探测这类碰撞的星系中的超新星爆炸。Arp 299已经发现了许多恒星爆炸,并被称为“超新星工厂”。这个新物体最初被认为是超新星爆炸。仅在2011年,发现六年后,无线电发射部分开始出现伸长。随后的监测显示扩张正在增长,这证实了科学家所看到的是喷气式飞机,而不是超新星。

Mattila和Perez-Torres带领一支由来自全球26个机构的36位科学家组成的团队参与了Arp 299的观察。他们在6月14日出版的“科学”杂志上发表了他们的研究结果。

长基线天文台是美国国家科学基金会的一个设施,由Associated Universities,Inc。合作协议运营。美国宇航局喷气推进实验室位于加利福尼亚州帕萨迪纳市,为美国宇航局科学任务理事会管理斯皮策太空望远镜任务。

科学运作在帕萨迪纳的加州理工学院的斯皮策科学中心进行。航天器的运营基于位于科罗拉多州利特尔顿的洛克希德马丁太空系统公司。数据存储在位于加州理工学院IPAC的红外科学档案馆。加州理工学院为NASA管理JPL。

哈勃太空望远镜是NASA和ESA(欧洲航天局)之间的国际合作项目。美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心负责管理望远镜。位于巴尔的摩的太空望远镜科学研究所(STScI)负责哈勃科学运营。STScI由华盛顿天文研究大学协会为NASA运营。


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